Response to Professor John Hall's discussion of Hardyniec and Charney's paper, ‘An investigation into the effects of damping and nonlinear geometry models in earthquake engineering analysis’

The discussion presents questions regarding the recommended damping scheme from the discussed paper and provides an alternative recommendation. The discussion also requests further explanation on behavioral differences between models incorporating the P‐delta and corotational approaches that are presented in the paper. Responses to these questions are presented. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Variations in the dynamic response of structures founded on piles induced by obliquely incident SV waves

Although the seismic actions generally consist of a combination of waves, which propagates with an angle of incidence not necessarily vertical, the common practice when analyzing the dynamic behavior of pile groups is based on the assumption of vertically incident wave fields. The aim of this paper is to analyze how the angle of incidence of SV waves affects the dynamic response of pile foundations and piled structures. A three-dimensional boundary element-finite element coupling formulation is used to compute impedances and kinematic interaction factors corresponding to several configurations of vertical pile groups embedded in an isotropic homogeneous linear viscoelastic half-space. These results, which are provided in ready-to-use dimensionless graphs, are used to determine the effective dynamic properties of an equivalent single-degree-of-freedom oscillator that reproduces, within the range where the peak response occurs, the response of slender and nonslender superstructures through a procedure based on a substructuring model. Results are expressed in terms of effective flexible-base period and damping as well as maximum shear force at the base of the structure. The relevance and main trends observed in the influence of the wavefront angle of incidence on the dynamic behavior of the superstructure are inferred from the presented results. It is found that effective damping is significantly affected by the variations of the wave angle of incidence. Furthermore, it comes out that the vertical incidence is not always the worst-case scenario.     

木构架承重-空斗墙围护民居抗震加固振动台试验研究

木构架承重-空斗墙围护民居大量分布在我国南方农村地区,该类民居整体性较差,历次地震中该类民居破坏较严重。采取高延性混凝土ECC面层加固围护空斗墙,扁钢、角钢及薄钢板增强木构架节点,穿墙钢筋捆绑木构架与围护墙体等加固措施。设计了1/2缩尺模型进行振动台试验,通过调整输入地震波峰值加速度来考虑不同水准地震烈度,分析了围护空斗墙损伤,探讨了模型频率与阻尼比变化特性,对比了围护空斗墙体与木构架加速度放大系数和位移包络值,并验证了二者在地震中的变形协调性。试验结果表明:（1）围护墙体仅在外侧出现明显裂缝,内侧ECC面层与墙体始终未脱离且未出现裂缝,围护墙整体性仍可得到一定保障;（2）木构架与钢加固件连接部位仅发生轻微破坏,木构架没有出现明显损伤;（3）木构架与围护墙体之间出现滑移,整体上二者协同抗震变形性能良好。该系列措施的加固效果较理想,适用于该类民居的抗震加固。     

俯冲带板间地震水平加速度谱阻尼修正系数研究

基于日本K-net和Kik-net台站的俯冲带地区板间地震的数据,分SCⅠ~SCⅣ四种场地分别建立了水平向加速度反应谱阻尼修正系数模型。利用最小二乘法进行回归拟合,拟合公式采用对数三次项提高拟合精度。通过统计检验和残差分析,验证模型的拟合效果。研究表明:低于5%与高于5%阻尼比的阻尼修正系数变化趋势差异明显,分别在周期点0.3~0.5s区间达到极大值和极小值;不同场地类别的阻尼修正系数统计上显著不同,建立不同场地类别的模型是必要的;模型残差的标准差分布在0.012~0.712之间,建立的阻尼修正系数模型较好的拟合了阻尼修正系数随谱周期和阻尼比的变化趋势。     

水平分层土层系统等效阻尼比的简化计算方法

在实际工程场地中,很多土层可视为水平分层,各层土的物理和力学性质存在差异,其中包括土的振动阻尼比。本文讨论水平分层土层系统的等效阻尼比的近似计算方法,基于5个不同的加权函数推导了10种等效阻尼比的计算公式。通过2个算例,分别以等效阻尼比为参数计算水平分层土层的地震反应,并与准确解相比较,分析了不同等效阻尼比近似计算方法的计算精度。数值结果表明,若等效阻尼比计算方法选择不恰当,会导致土层地震反应的计算结果出现较大误差。针对2种不同类型的水平分层土层,建议采用基于三角形分布的加权函数来计算土层系统的等效阻尼比。     

改进的基础隔震结构地震作用简化计算方法

在《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)关于隔震结构的简化计算方法中,水平向减震系数的表达式和定义有些不符,假定的隔震结构地震作用分布规律也与实际情况略有出入。本文基于水平向减震系数的定义和实际隔震结构的地震作用分布规律提出了一种改进的隔震结构水平向减震系数、隔震结构总地震作用、隔震结构上部地震作用分布的计算方法,并提出了总水平地震作用减震系数的新概念。本文提出的改进方法具有表达准确、物理意义明确的特点。将本文提出的改进算法计算结果与时程分析计算结果比较,结果显示,改进方法的计算结果与时程分析结果接近,且分布规律一致。     

应县木塔环境振动试验

对于复杂的塔状古建筑物,建立一个合适的简化的数学模型是不易实现的。与强迫振动试验相比,环境振动试验比较简单、方便,所确定出的小振幅水平下的木塔结构动力特性具有足够的精度。本文首先结合应县木塔结构环境振动测试实例对环境振动测试方法作了简要介绍,并采用随机信号数据频域分析方法对测试数据进行了分析,确定木塔结构的自振频率。同时,依据不同测点在固有频率处响应的比及零迟时互相关函数确定木塔结构的振型。最后,本文依据自功率谱和互功率谱采用半功率点法计算各振型的阻尼比。本文分析结果表明,在两水平方向上木塔的振动特性存在些微差异,第一振型阻尼比较第二振型阻尼比大。     

Adaptive base-isolation of civil structures using variable amplification

Semi-active dampers are used in base-isolation to reduce the seismic response of civil engineering structures. In the present study, a new semi-active damping system using variable amplification will be investigated for adaptive baseisolation. It uses a novel variable amplification device （VAD） connected in series with a passive damper. The VAD is capable of producing multiple amplification factors, each corresponding to a different amplification state. Forces from the damper are amplified to the structure according to the current amplification state, which is selected via a semi-active control algorithm specifically tailored to the system＇s tmique damping characteristics. To demonstrate the effectiveness of the VAD-damper system for adaptive base-isolation, numerical simulations are conducted for three and seven-story base-isolated buildings subject to both far and near-field ground motions. The results indicate that the system can achieve significant reductions in response compared to the base-isolated buildings with no damper. The proposed system is also found to perform well compared to a typical semi-active damper.     

一次中尺度对流系统的闪电演变特征

利用地面雷电探测网资料、多普勒雷达和卫星资料对一次典型的MCS过程的地闪变化特征进行了分析,结果表明,在系统发展的最初阶段全为负地闪;在MCS的成熟阶段地闪频数一直较高,在10次/min以上,负地闪占绝对优势;在消散阶段,地闪频数急剧下降,同时正地闪所占比例越来越大,甚至超过负地闪。地闪基本出现在<-50℃的云区和前部大的温度梯度区内,集中发生于<-60℃的云区。负地闪主要发生在强对流区(>40 dBz),其持续时间和强对流的维持时间几乎相当,说明负地闪可以很好地指示或有助于识别强对流区;密集的正地闪也与强回波区相对应,而稀疏的正地闪则多发生在系统后部的稳定性降水或云砧部位。同时,在MCS成熟阶段出现高正地闪频数的瞬间突增有可能对应着地面强天气的发生,在强对流天气的临近预报中应予以关注。     

上海及周边地区地闪活动特征及海陆差异

利用LS8000闪电定位系统2009—2011年的地闪观测资料对上海及周边地区(120~122.5°E,30~32°N)的地闪活动特征进行了研究。结果表明:分析区域内正地闪的比例约占8.5%,大电流地闪(电流绝对值大于50kA)的比例约为5.6%。地闪活动主要集中在6—9月,峰值出现在8月;日变化上,12:00—19:00闪电活动最为活跃,峰值出现在14:00,凌晨闪电活动最弱。从日变化上来说,正地闪和大电流地闪比例在地闪活动较强时段低于地闪活动较弱时段;在月分布上,在地闪活动最强的夏季,正地闪比例普遍在10%以下,在地闪活动较弱的春、秋、冬季,正地闪比例普遍在10%以上。以北纬31°为界,分析区域北部地闪密度基本在6~12次·km-2·a-1以上,南部基本在2.4~4.8次·km-2·a-1。同时陆地上的地闪密度要显著高于湖泊和海洋上的地闪密度,而海洋上的正地闪比例和大电流地闪比例要显著高于陆地。闪电空间分布的时间变化说明,下午地闪活动主要出现在陆地,而凌晨地闪主要出现在水体附近,其它时段则表现出过渡特征,这与下垫面的加热作用紧密相关。